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《兰州大学》 2010年
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黄土场地震陷与桩基负摩阻力现场试验研究

孙军杰  
【摘要】:震陷是地基基础的主要震害形式,黄土震陷是黄土地震灾害的重要类型。目前,对黄土震陷的时域发展过程了解甚少,黄土震陷与土体结构强度之间的定量关系研究尚属空白,黄土场地震陷引发的桩基负摩阻力的基本特征仍待研究。黄土震陷相关研究的难点在于实际震例太少,现场试验是解决这一缺陷的有效手段,然而与此有关的现场试验研究工作或成果,鲜有文献报道。 论文以微差爆破激发的场地强震动为基础,实施了针对黄土场地震陷与桩基负摩阻力的现场试验研究。结合现场试验和与之配套的室内动三轴试验等数据,开展了爆破模拟地震动作用下黄土场地地面运动特征、黄土震陷的场地分布特征与时域发展规律、黄土震陷数学统计模型与概率性预测方法和黄土震陷时桩基负摩阻力衍生特征与生成机理等诸项研究工作,取得了如下创新性成果。 (1)通过爆破地震动模拟效果分析,发现爆破模拟地震动的有效持时是影响震源设计效果的主要因素,爆破产生的强地面运动具有持时任意叠加的特性,据此给出了基于持时与有效持时的爆破地震动合成时程,对该时程进行简单接续能够获得用于满足不同研究需求的输入动荷载。 (2)综合对比分析了爆破模拟地震动和黄土震陷之间的场地特征分布,指出地震动强度与频谱H/V值的耦合分布特征,对黄土震陷的场地分布形态具有显著影响,场地内耦合量值较高的区域具有较大的震陷量,反之亦然;同时,地形地貌条件也是控制黄土震陷的场地分布特征的重要因素,沉降分布的对称轴随观测时间延续逐渐向场地土体约束较小的南侧陡崖处偏转。 (3)沉降观测结果显示,爆破结束时场地土体震陷量可达沉降终值的50%,其后将会有一个相对缓慢的增长过程;通过统计分析爆破模拟地震动作用下黄土震陷的时域发展规律,给出了黄土震陷量随爆破地震动能量输入快速累积和后期土体因结构强度损伤再固结持续发展的联合时域过程。 (4)结合试验研究结果与物理力学机制分析,将黄土场地震陷的主导因素归纳为表征土体强度特征的粘聚力(C)、内摩擦角(φ)、表征土体沉降特征的孔隙比(e)、表征外部输入动荷载特征的地震动强度(PGA)与频谱特性(如H/V值)以及场地地形地貌条件等;场地条件与土体物性(或输入动荷载)对黄土震陷的影响机制不同,在具体分析中可独立地进行考虑。 (5)由黄土震陷物理力学机制入手,给出了利用孔隙比描述震陷系数的物理定义,发现了孔隙比压缩量和以动应力与固结应力为基础定义的应力比之间具有较好的统计关系,建立了基于黄土震陷物理力学机制的数学统计模型;在此基础上,得到了黄土震陷系数概率预测模型的三维理论矩阵,结合计算得来的黄土高原地区地震动重复概率,提出了区域黄土场地震陷的概率性预测方法。 (6)分析研究了爆破地震动作用下的桩体形变响应特征,认为桩身轴力最大处是形变的最大响应部位,这一位置与桩基负摩阻力中性点深度相对应;现场试验期间,中性点深度随负摩阻力发展时间的推移略有加深,但整体变化幅度很小,可近作桩身中性点的位置基本固定。 (7)现场试验监测结果表明,黄土场地震陷引发的桩基负摩阻力沿深度方向逐渐增大,在邻近中性点处(负摩阻力为0kPa)达到最大量值;桩身负摩阻力的平均值可达54kPa,对应的总负摩阻力约为1654kN,远高于以往浸水湿陷条件下的测试结果;综合负摩阻力具有的较高量值、沿桩身分布形态和中性点深度基本不变等特征,得出了该负摩阻力与静摩擦力学特性相关联的结论。 (8)根据桩基负摩阻力衍生特征、桩身偏心应力(桩体两侧摩阻力差值)状态和已有负摩阻力测试资料,系统分析了桩基负摩阻力的生成机理,指出桩基负摩阻力具有沉降相关性、强度相关性和静动摩擦力学相关性等3大特征属性;场地沉降发生期间,场地土体结构强度是影响桩基负摩阻力量值的决定性因素。
【学位授予单位】:兰州大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TU444;TU473.1

【引证文献】
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【参考文献】
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10 邓津;黄土微观结构的区域成土环境与震害机理研究[D];兰州大学;2009年
【共引文献】
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8 吴怀忠;王汝恒;刘汉峰;郭文;初文荣;;围压和固结应力比对砂卵石土动力特性的影响[J];四川建筑科学研究;2006年05期
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8 胥为捷;;软土地基桩基负摩阻力简化计算方法[A];中国土木工程学会港口工程分会第七届港口工程技术交流会论文集[C];2011年
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10 强小俊;桩承地基路堤荷载传递机理的研究[D];中国铁道科学研究院;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
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3 王钊;桩—锚杆支护结构可靠性研究[D];山东科技大学;2010年
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7 王士革;填方路基下长短桩复合地基沉降特性研究[D];郑州大学;2010年
8 张琰鑫;农村夯土类住宅抗震性能研究[D];郑州大学;2010年
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10 陈丽刚;基于ABAQUS渗流与应力耦合作用的边坡稳定性分析[D];郑州大学;2010年
【同被引文献】
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中国博士学位论文全文数据库 前2条
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1 石崇;爆破地震效应分析与安全评价[D];山东科技大学;2005年
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【二级引证文献】
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2 韩仲;高填方后处理复合路基负摩阻力研究[D];郑州大学;2012年
3 杨自刚;黄土场地桩基正负摩阻力现场试验研究[D];兰州理工大学;2013年
4 唐漾;单桩负摩阻力形成机理分析及单桩竖向承载力计算[D];湘潭大学;2013年
5 韩佳明;桩基负摩阻力的计算研究[D];西安科技大学;2004年
6 李伟峰;某机场钢筋混凝土灌注桩摩阻力与承载性能的研究[D];长安大学;2010年
7 张红亮;深厚填土中桩基自平衡试桩法及负摩阻力研究[D];中南大学;2011年
8 刘洋;支挡排桩在单侧填土作用下的桩侧摩阻力研究[D];长沙理工大学;2010年
9 刘春玲;单桩负摩阻力形成机理及其时间效应研究[D];长安大学;2004年
10 张顺强;多层大跨超长混合建筑结构设计与理论研究[D];西安建筑科技大学;2004年
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